Gerçekten mi! Hem süperiletkenliğe hem de ferromanyetizmaya sahip bir malzeme, çünkü ferromanyetizması süper iletkenliği yok edecek
Bilim adamları hem süperiletkenliğe hem de ferromanyetizmaya sahip bir malzeme keşfettiler ve teorik bir açıklama yaptılar. Yeni teorik model, şimdiye kadar bu tür malzemelerde gözlemlenmemiş etkileri de öngörüyor. Bir dereceye kadar, ferromanyetizma ve süperiletkenlik iki karşıt eğilimdir ve görünüşe göre ferromanyetizma ve süperiletkenlik bir kristalde bir arada var olamaz. Nitekim, bir süperiletken sıfır dirençli bir akımı tutabilir.Manyetik bir alana yerleştirildiğinde, bu madde manyetik alanı hacminden çıkaracaktır.Bu Meissner etkisi olarak adlandırılır.
Aksine, ferromıknatıslar mıknatıslanır ve bu nedenle hacimlerinde bir manyetik alan taşır. Bu nedenle, bir malzemenin aynı anda süperiletkenlik ve ferromanyetizma sergileyemediği görülmektedir. Bununla birlikte, öropiyum bazlı bileşikler artık mevcut araştırmaların odak noktası haline gelmiştir.Öropiyum bileşiklerinin gözlemleri, aynı anda ferromanyetizma ve süper iletkenlik sergileyebileceklerini göstermiştir. Temel bilime olan öneminin yanı sıra, bu iki olgunun bir malzemede bir arada bulunması, yeni cihaz tasarımı için ilginç olanaklar da sağlar. Aynı zamanda, süper iletken spintroniklere, yani spin kodlu bilgi çalışma ekipmanını kayıpsız kullanma olasılığına da sahiptir.
Sıradan bir buzdolabı mıknatısı, ferromanyetizmanın bir örneğidir ve sözde Curie noktası oda sıcaklığının üzerindedir. Kritik sıcaklığın altında, ferromanyetik malzeme, içsel manyetik momentum veya dış elektronların dönüşlerinin paralel düzenlenmesi nedeniyle manyetize edilir. Bu mantığa aykırı görünebilir, ancak mikroskobik ölçekte, bu kendiliğinden düzenleme esasen manyetik olmaktan çok elektriktir: Paralel dönüş konfigürasyonu için, ferromıknatıslardaki elektronların Coulomb etkileşim enerjisi daha düşüktür. Bu nedenle, her bir spin, diğer spinlerin ürettiği ortalama alan veya değişim alanında olduğu düşünülebilir.
Ferromanyetizma süperiletkenliği neden yok eder?
Süperiletkenlerin ve manyetik momentlerin etkileşimi için elektromanyetik ve değişmeli olmak üzere iki mekanizma vardır. Fizikçi Vitaly Ginzburg, 1956'da elektromanyetik mekanizmanın Meissner akımlarını korumayı içerdiğini tahmin etti. Yukarıda belirtildiği gibi, dış manyetik alan süper iletkenin gövdesine nüfuz etmeyecektir. Vücuttaki dış alanı telafi etmek için, koruyucu akım süper iletkenin yüzeyi boyunca akar. Bu akımların oluşumu enerjiyi artırır. Dış alan belirli bir kritik değerden büyük olduğunda, koruyucu akım tarafından eklenen enerji yoğunlaşma enerjisini aşar. Süper iletkenin normal duruma geçişine daha elverişli hale getirin ve alanın vücuda girmesine izin verin.
Ferromıknatısların tipik mıknatıslanması, süperiletkenlerin kritik manyetik alanından çok daha büyük olduğundan, tek biçimli ferromanyetizma süperiletkenliği yok eder. Değişim mekanizması, ferromıknatısın değişim alanını ve süperiletkenliği mümkün kılan elektronlar arasındaki etkileşimi içerir.Aslında, ters momentumlu ve spinli iki elektronun Cooper çifti adı verilen bağlı halleridir. Değişim alanı, elektron spinlerini paralel olarak hizalama eğilimindedir, böylece Cooper çiftini yok eder, böylece süperiletkenliği yok eder, bu da ferromanyetizmanın süperiletkenliği yok edeceğini ve bir arada var olamayacağını gösterir.Bu sözde paramanyetik etkidir.
Ferromanyetizma süperiletkenlikle nasıl bir arada var olur?
Yeni araştırmalar, sıralı durumlardan biri tek tip olmadığı sürece bir malzemenin aynı anda ferromanyetizma ve süper iletkenlik sergileyebileceğini göstermektedir. Aslında, homojen olmayan alan daha az korumalıdır, bu da homojen olmayan manyetik yapının elektromanyetik mekanizmalar yoluyla süper iletkenliği yok etmeyeceği anlamına gelir. Sadece değişim etkileşimi, 1959 gibi erken bir tarihte, süperiletkenlik durumunun tek tip olmayan bir manyetik yapıya sahip olacağı tahmin ediliyordu. Bu yapının periyodu Cooper çifti özellik boyutundan çok daha küçüktür. Sonuç olarak, Cooper çiftleri ölçeğinde, ortalama değişim alanı azalır ve ferromanyetizma ortaya çıktığında süperiletkenliği yok etmez. Sıcaklık düştükçe, bir noktada değişim alanı paramanyetik limite ulaşır ve ardından süperiletkenlik kaybolur.
Ne yazık ki, bilinen tüm ferromanyetik süperiletkenler için, hem ferromanyetizmayı hem de süperiletkenliği barındıran sıcaklık penceresi yalnızca yaklaşık 0.1 Kelvin'dir (-273.05 santigrat derece). Ferromanyetik süperiletkenlerin tekdüze olmayan manyetizması üzerine yapılan ilk araştırmalar yalnızca elektromanyetik etkileşimi dikkate aldı. Bununla birlikte, kısa süre sonra bunun o zaman bilinen herhangi bir malzeme için geçerli olmadığını kanıtladı: değişim etkileşimleri her zaman baskındı, bu da elektromanyetik mekanizmalarla ilgili araştırmaların geçici olarak askıya alınmasına yol açtı. Öropiyum bazlı ferromanyetik süperiletkenler mümkün olduğunda, yeni fırsatlar ortaya çıkacaktır Moleküler formülü EuFe2As2 olan fosfor katkılı öropyum, demir ve arsenik bileşiklerini örnek olarak alın.
Bu malzemeyi çekici kılan şey, süperiletkenliği yok eden paramanyetik etkinin güçlü bir şekilde bastırılması ve elektromanyetik etkileşimin baskın olmasıdır. Bunun nedeni, p-katkılı EuFe2As2'deki ferromanyetizmanın, öropiyum atomlarının 4f kabuğundaki yerel elektronlar tarafından sağlanırken, süperiletkenliğe 5d iletken demir elektronları aracılık etmesidir. Bu bileşikte, öropiyum atomu pozisyonu, süperiletkenlikten elektronu sorumlu kılar, ferromanyetizmadan sorumlu elektrondan nispeten bağımsızdır. İki alt sistem aslında özerktir, bu da iletim elektronları üzerinde çok zayıf bir değişim alanıyla sonuçlanır. EuFe2As2'nin paramanyetik etkisinin bastırılması, ferromanyetizma ve süperiletkenliğin geniş bir sıcaklık aralığında bir arada var olduğu anlamına gelir.
Bu nedenle, EuFe2As2 deneysel araştırmalar için iyi bir materyaldir.Elektromanyetik mekanizmanın baskın etkisinden dolayı, tuhaf fazlar ortaya çıkar ve bu iki farklı düzeni aynı anda gösterir. Örneğin, MIPT ve başka yerlerdeki deneysel fizikçilerden oluşan ekipler, bu fazların manyetik yapısını bir manyetik kuvvet mikroskobu ile gözlemlemek için bu materyali kullanırlar. Şimdi, bu deneysel veriler, yeni önerilen teori ile niteliksel olarak açıklanmıştır. Araştırma sonuçları, sıcaklık düştükçe homojen olmayan, sinüzoidal manyetizasyon profilli manyetik yapının kademeli olarak alan tipi bir yapıya dönüştüğünü göstermektedir.Bu Meissner yapısı, EuFe2As2'de 17,8 ile 18,25 Kelvin arasında gözlenmektedir.
Bu yapının periyodunun, süperiletkenliğin etkisinden dolayı geleneksel ferromıknatıslardan çok daha küçük olduğu kanıtlandı. Daha fazla soğutma, Abrikosov girdabı ve ferromanyetik alanın eşzamanlı varlığıyla karakterize edilen ferromanyetik girdap durumuna birinci dereceden bir geçişi tetikleyecektir. Bilim adamları bu dönüşümün parametrelerini hesapladı. Bir süper iletkende, girdap, Meissner etkisi akışı tarafından dışarıdan korunduğu için çekirdeği olarak manyetik alan içeren bir varlıktır. Bilim adamları, girdap durumundaki manyetik alanların boyutunun temelde sıradan ferromanyetik malzemelerle aynı olduğunu keşfettiler. Yeni araştırmada öne sürülen teori, yeni bir etki öngörüyor: bölgesel duvar, Abrikosov vorteksini bölgeye dik olarak barındırıyor.
Araştırma, süperiletkenlik ve ferromanyetizma arasındaki elektromanyetik etkileşimin baskın olduğu ferromanyetik süperiletkenlerde homojen olmayan manyetik durumlar teorisini geliştirdi. EuFe2As2'deki bu durumu niteliksel olarak tanımlayan deneysel verilere ek olarak, artık deneylerle doğrulanabilen yeni bir etki de tahmin edilmektedir. Bu noktada ilgili araştırma temel bilim alanına aittir. Bununla birlikte, ferromanyetizma ve süperiletkenlik arasındaki etkileşimi anlayarak, hibrit cihazlar daha sonra süper iletken ve ferromanyetik malzemeler kullanılarak ve spintroniklerin gelişimini kolaylaştırarak tasarlanabilir.
